[发明专利]一种CrNx基成分梯度过渡的装饰防护涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂层材料制备领域，具体涉及一种CrNx基成分梯度过渡的装饰防护涂层的制备方法。

背景技术

硬质涂层如TiN，TiC，CrN，TiCN，TiSiN等，一般具有高硬度、耐磨损和抗腐蚀等优异性能，在日用电子产品、卫浴产品、机械产品及汽车和航空零件等表面装饰防护领域正得到广泛应用，如手机、手表、手提电脑、水龙头、浴盆喷管、汽车和飞机的标准紧固件等。

近年来为了提高产品的竞争力，对表面装饰防护涂层的综合性能要求越来越高，然而，已有涂层制备技术难以同时兼顾高硬度、耐腐蚀、耐磨损和外观可赏性等要求。目前涂层制备技术多采用电弧离子镀或磁控溅射离子镀，其中，电弧离子镀具有沉积速率快、结合力高等优点，但电弧离子镀涂层中的液滴由于制备原理本身的限制，导致涂层结构较为疏松，表面光洁度差等。磁控溅射方法虽可获得光滑致密的表面状态，但该方法制备的涂层的结合力不高，沉积速率较慢，难以满足高品质涂层的性能要求。为了提高涂层的结合力或耐磨性，这些涂层制备技术中几乎都采用了打底层、过渡层或多层叠加设计，但仍不能满足涂层综合性能和外观装饰要求，如CrN是广泛使用的装饰防护涂层，已经在工业界应用十余年。然而，有关CrN涂层制备中的一些技术难题仍未能很好解决。如软基体和硬质涂层之间的性能过渡始终是CrN涂层进一步广泛应用的关键制约因素，表现为涂层因结合力和硬度不高，耐磨性能和抗划擦能力较差。通过增加涂层厚度可提高其硬度和耐磨性能，但涂层中的残余应力也会增加，导致涂层的结合力和耐蚀性能降低，同时涂层外观光洁度、色泽的均匀性和稳定性等也出现不同程度下降。目前无论采用单一结构的CrN涂层，两层结构的Cr底层/CrN涂层，还是三层结构的Cr底层/CrN过渡层/CrN外层，或Cr底层/TiN或TiC过渡层/CrN外层等设计，由于产品基体一般较软，按照上述涂层结构设计制备的高硬度的CrN涂层，其成分和性能与基体材料过渡仍显不够或不连续，表现为成分不均易导致涂层外观光洁度或色泽较差，而性能不均易使涂层在使用过程中早期脱落，或不耐磨损，或不耐腐蚀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的CrNx基成分梯度过渡的装饰防护涂层的制备方法，该方法制备的CrNx基成分梯度过渡的装饰防护涂层具有稳定均匀的金属光泽，表面光滑致密，涂层的结合力和耐磨抗蚀等综合性能显著提高，有望满足工件表面装饰防护的更高要求。

为了实现上述任务，本发明采取如下的解决方案：

一种CrNx基成分梯度过渡的装饰防护涂层的制备方法，其特征在于，该方法采用三对平面Cr靶作为相应Cr元素的来源，三对平面Cr靶均匀安装在离子源增强磁控溅射离子镀膜设备的内壁上，通过调整中频脉冲电源的电流控制上述三对平面Cr靶的溅射率；采用一个阳极层气体离子源，以提高气体的离化率和反应粒子的能量；采用高纯Ar作为靶材溅射气体；采用高纯N₂作为反应气体，通过阳极层气体离子源后使其离化并与靶材溅射下来的Cr粒子结合，在样品表面沉积形成三层结构的Cr底层/CrNx基梯度过渡层/CrN外层。

本发明的方法所制备的CrNx基成分梯度过渡的装饰防护涂层，是在完成底层Cr制备后，设计了一个具有成分连续过渡的CrNx基过渡层，使得CrNx基过渡层内N的成分一直在连续均匀变化，保证了CrN基过渡层的微观结构和使用性能的缓和梯度变化，直至制备CrN外层时才维持N的成分固定不变，以保证涂层的外观色泽均匀，该CrNx基成分梯度过渡的装饰防护涂层为三层结构形式：即Cr底层/CrNx基梯度过渡层/CrN外层。该方法比现有技术制备的单层、两层或三层结构的CrN涂层均有显著优点，例如，单一结构的CrN涂层与软基体结合不好，两层结构的Cr底层/CrN涂层性能过渡较突然，三层结构的Cr底层/TiN或TiC过渡层/CrN外层中，过渡层TiN或TiC与外层CrN毕竟不是一类成分的涂层，综合性能难以调控到与外层CrN涂层相匹配的状态，而传统的三层结构的Cr底层/CrN过渡层/CrN外层中，过渡层CrN的成分是固定不变的，或过渡层CrN厚度很薄，并且与外层CrN成分不同，这就很难保证涂层结构与性能的缓和过渡。